[发明专利]发光器件和用于制造发光器件的方法

说明书

本发明涉及发光器件（100），其包括：衬底（102）；布置在衬底（102）上的发光二极管结构（106），二极管结构（106）包括第一半导体层（108）、有源区（110）和第二半导体层（112），其中二极管结构的光输出表面包括多个突出表面结构（104），每个突出表面结构具有峰高度、侧壁斜率（122）和相对于衬底的取向，多个突出表面结构（104）包括第一组和第二组突出表面结构，第一组和第二组突出表面结构在峰高度、侧壁斜率和相对于衬底的取向的至少一个上不同。本发明还涉及用于制造发光器件的方法，其中突出表面结构通过形成三维图案的压印光刻法和随后的蚀刻来形成。

技术领域

本发明涉及发光器件。特别地，本发明涉及发光二极管和用于制造这样的发光二极管的方法。

背景技术

在从常规照明系统到光通信系统的各种各样的应用中使用固态发光器件，例如发光二极管（LED）和固态激光器。与白炽灯光源比较，基于LED的照明系统由于LED的低能量消耗和长寿命长度而日益普遍。

即使LED已经比常规灯泡更能量有效，但是进一步改进LED的能量效率是合乎需要的。然而，由于在超过布儒斯特角的角度下到达在LED与周围材料之间的界面的光的全内反射所致的光在器件内的捕获限制了在LED中产生的光的提取。特别是，提取效率被在LED和周围材料之间的折射率的差异限制。作为例子，在平坦GaN表面中终止的基于GaN的LED中，只有大约4%的所产生的光实际上被发出。

存在目的在于提高提取效率的不同尝试，例如在纹理化蓝宝石衬底上形成GaNLED以便形成一界面，在该界面中全内反射的量减小了。也可通过使用各种表面处理方法使光提取表面粗糙化来改进提取效率。然而，表面粗糙化遭受对因而产生的表面属性的低控制程度的问题，且芯片规模LED处理被复杂化。

US2011/0263128建议使用选择性湿法蚀刻来在发光二极管的GaN层中形成包括突出或凹痕的图案，以便影响由LED发出的光的提取效率和/或准直。US2011/0263128还公开了通过选择性湿法蚀刻来图案化蓝宝石衬底的表面。

即使可通过前面提到的方法改进提取效率，进一步改进在发光二极管中的提取效率仍然是合乎需要的。

发明内容

本发明的目的是提供给出改进的光提取特性的发光器件并提供用于制造这样的发光器件的方法。

根据本发明的第一方面，这个和其它目的由一种发光器件实现，该发光器件包括：衬底；布置在衬底上的发光二极管（LED）结构，二极管结构包括第一半导体层、第二半导体层和夹在第一和第二半导体层之间的有源区，第一和第二半导体层中的至少一个具有背离有源区的光输出表面，其中光输出表面包括多个突出表面结构，每个突出表面结构具有峰高度、侧壁斜率和相对于衬底的取向，多个突出表面结构包括第一组和第二组突出表面结构，第一组和第二组突出表面结构在峰高度、侧壁斜率和相对于衬底的取向中的至少一个上不同。

衬底在本上下文中应被理解为在宏观规模上是平面的、用作发光器件的基底的结构，其中发光二极管的相应层被接连地沉积在衬底上。峰高度和侧壁斜率关于与衬底平行的参考平面来定义，且表面结构的取向应被理解为该结构在参考平面中的相对对齐。

本发明基于下面的认识：可通过控制光输出表面的几何结构使得表面包括具有不同的形状、高度或取向的结构来改进来自发光二极管的光的提取效率。由此，在结构之间的差异可被选择成使得所提取的光被防止重新进入发光二极管中。特别是，相对于相邻结构的取向或这样的结构的侧壁斜率可适合于最小化光的重新进入。例如，这可意味着结构布置成使得类似地配置的侧壁不面向彼此。此外，在发光二极管内的全内反射可减小，因为可选择限定界面的结构的斜坡的陡度，从而进一步改进提取效率。